JP2011176100A - 貫通電極、微小構造体及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で製造することができ、十分な気密性を有するとともに、基板の反りを低減させることができる貫通電極、微小構造体及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】導電性を有する基板１０の所定領域を貫通トレンチ２１で囲み、貫通トレンチ２１内に絶縁膜５０を形成して周囲から絶縁分離した貫通電極６０において、絶縁膜５０は、貫通トレンチ２１の側面から化学気相成長させたシリコン膜４０を熱酸化したシリコン熱酸化膜５０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通電極、微小構造体及びそれらの製造方法に関し、特に、導電性を有する基板の所定領域を貫通トレンチで囲み、該貫通トレンチ内に絶縁膜を形成して周囲から絶縁分離した貫通電極、微小構造体及びそれらの製造方法に関する。

従来から、ウエハの第１表面と第２表面との間に絶縁された電気的接続を作る方法であって、導電性又は半導体材料からなるウエハを用意し、ウエハの第１表面から少なくとも一つのトレンチをエッチングしてトレンチが完全にウエハの一部分を囲むようにした後、トレンチを絶縁材料で満たし、トレンチ内の絶縁性材料を露出させるためにウエハを第２表面から薄くし、それによりウエハを貫通して伸びる絶縁された電気的接続を作成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、半導体基板に形成された孔の内周壁面に、酸化膜を形成した後、酸化膜表面に、絶縁性樹脂組成物を電着することにより絶縁層を形成し、次いで、絶縁層表面に半導体基板の表裏面を電気的に接続可能な導体パターンを形成した回路基板の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００６−５２１０２２号公報 特開２００５−１９１２５５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、トレンチを満たした材料で絶縁を確保するため、トレンチを満たす材料が絶縁材料に限定されるとともに、必ずしも基板と相性の良くない材料が用いられるおそれもあった。

また、上述の特許文献２に記載の構成では、酸化膜と絶縁性樹脂の２重層により絶縁層を形成しているが、絶縁性樹脂を用いた場合、その後のプロセスにおいて高温での処理ができなくなるという問題があった。また、樹脂と半導体基板又は熱酸化膜との熱膨張係数が異なり、半導体基板に反りが発生するおそれがあり、この半導体基板又はこの半導体基板に接合される基板上に駆動微小構造デバイスが形成される場合、駆動特性等に影響を与えるおそれがあるという問題があった。更に、かかる駆動微小構造デバイスを真空封止する場合、半導体基板を貫通するように形成された絶縁性樹脂の部分は、気体を通し易く、真空を保つことが困難であるという問題があった。

一方、上述のトレンチ又は孔に形成される絶縁材料又は絶縁層を、総て基板を熱酸化することにより形成した場合には、基板と材料との相性や、熱膨張係数の相違による基板の反りは防止できるが、熱酸化膜の成長に非常に長時間を要し、スループットの観点から、実際の製造プロセスには採用できないという問題があった。

そこで、本発明は、短時間で製造することができ、十分な気密性を有するとともに、基板の反りを低減させることができる貫通電極及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る貫通電極は、導電性を有する基板の所定領域を貫通トレンチで囲み、該貫通トレンチ内に絶縁膜を形成して周囲から絶縁分離した貫通電極において、
前記絶縁膜は、前記貫通トレンチの側面から化学気相成長させたシリコン膜を熱酸化したシリコン熱酸化膜であることを特徴とする。

これにより、化学気相成長させたシリコン膜を熱酸化したシリコン熱酸化膜により絶縁膜が構成されているため、絶縁膜の気密性を高めることができる。

第２の発明は、第１の発明に係る貫通電極において、
前記シリコン熱酸化膜は、前記シリコン膜の一部に形成されていることを特徴とする。

これにより、伸長方向にあるシリコン熱酸化膜の引張応力を、収縮方向にあるシリコン膜の圧縮応力により緩和する構成となり、トレンチ内の応力バランスを平衡させ、基板の反りを低減させることができる。

第３の発明は、第２の発明に係る貫通電極において、
前記シリコン膜と前記シリコン熱酸化膜とが、前記貫通トレンチの幅方向に交互に複数形成されていることを特徴とする。

これにより、引張応力を有するシリコン熱酸化膜と、圧縮応力を有するシリコン膜の１枚毎の膜厚を各々薄膜化させ、１枚当たりの発生応力を小さくすることができるとともに、各々が交互に配置された構成とすることができ、トレンチ内の応力バランスを更に向上させることができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る貫通電極において、
前記シリコン膜は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする。

これにより、シリコン熱酸化膜を形成する際の熱酸化膜生成時間を著しく短縮することができ、短時間で気密性に優れた貫通電極を構成することができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る貫通電極において、
前記貫通トレンチは、テーパ形状を有することを特徴とする。

これにより、シリコン熱酸化膜中にボイドが含まれ難い構成とすることができる。

第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係る貫通電極において、
前記絶縁膜は、前記貫通トレンチの側面に形成された酸化膜を更に含むことを特徴とする。

これにより、２重構造の絶縁膜が貫通トレンチ内に形成された構成とすることができ、周囲との絶縁性についての信頼性を高めることができる。

第７の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係る貫通電極において、
前記基板の前記所定領域内において、前記貫通トレンチに接近した領域の方が、前記貫通トレンチに離れた領域よりも高濃度のドーパントを含み、低抵抗であることを特徴とする。

これにより、貫通電極の所定領域内について、基板が元々有する導電性よりも導電性を高めることができ、貫通電極の導電率を向上させることができる。

第８の発明に係る微小構造体は、第１〜７のいずれかの発明に係る貫通電極と、
表面に電極が形成された微小構造体素子基板とを有し、
前記貫通電極と、前記微小構造体素子基板の前記電極が接合されたことを特徴とする。

これにより、貫通電極により封止され、センサやアクチュエータとして用いられる構造体が形成された部分の気密性を高めることができ、検出又は駆動の信頼性を高めることができる。また、気密性を高めることにより、駆動電圧を低下させることが可能になるとともに、高Ｓ／Ｎの検出が可能となる。更に、ゴミ等の異物の付着も防止することができる。

第９の発明に係る貫通電極の製造方法は、導電性を有する基板の所定領域を周囲から絶縁分離し、前記基板の厚さ方向に通電を行う貫通電極の製造方法において、
前記基板の前記所定領域を囲むようにトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチの内部に、シリコン膜を化学気相成長により前記トレンチを充填しない膜厚で形成するシリコン膜形成工程と、
前記基板を加熱し、前記シリコン膜にシリコン熱酸化膜を形成するシリコン熱酸化膜形成工程と、を含むことを特徴とする。

これにより、最終的にシリコン熱酸化膜を形成し、気密性の高い絶縁膜を有する貫通電極を製造することができる。

第１０の発明は、第９の発明に係る貫通電極の製造方法において、
前記シリコン熱酸化膜形成工程において、前記シリコン熱酸化膜は、前記シリコン膜の一部に形成することを特徴とする。

これにより、シリコン熱酸化膜により発生する引張応力を、シリコン膜により発生する圧縮応力で緩和させることができ、基板の反りを低減させ、応力耐性を高めることができる。

第１１の発明は、第９又は第１０の発明に係る貫通電極の製造方法において、
前記シリコン膜形成工程と前記シリコン熱酸化膜形成工程を、複数回繰り返すことを特徴とする。

これにより、シリコン熱酸化膜とシリコン膜の１枚当たりの厚さを薄くすることができ、各々が発生させる引張応力と圧縮応力を小さくすることができるとともに、これらを交互に複数枚配置した構成とすることにより、引張応力と圧縮応力をきめ細かくバランスさせ、内部応力の少ない貫通電極を製造することができる。

第１２の発明は、第９〜１１のいずれかの発明に係る貫通電極の製造方法において、
前記シリコン膜は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする。

これにより、シリコン熱酸化膜を短時間で形成することができ、短時間で気密性の高い貫通電極を容易に製造することができる。

第１３の発明は、第９〜１２のいずれかの発明に係る貫通電極の製造方法において、
前記トレンチ形成工程において、前記トレンチを、深くなるにつれて溝幅が狭くなるテーパ形状に形成することを特徴とする。

これにより、シリコン膜の形成の際、トレンチの入口が塞がれてしまい、シリコン熱酸化膜の際にボイドが発生してしまう現象を防ぐことができ、ボイドが存在せず、気密性の高いシリコン熱酸化膜を形成することができる。

第１４の発明は、第９〜１３のいずれかの発明に係る貫通電極の製造方法において、
前記トレンチ形成工程と前記シリコン膜形成工程の間に、前記基板を加熱して前記トレンチの溝表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程を更に有することを特徴とする。

これにより、トレンチ表面の熱酸化膜とシリコン熱酸化膜の２重構造でトレンチ区画内基板の所定領域を周囲から絶縁することができ、周囲から確実に絶縁された領域を電極として用いることができ、電気的信頼性の高い貫通電極を製造することができる。

第１５の発明は、第９〜１３のいずれかの発明に係る貫通電極の製造方法において、
前記シリコン膜は、ドーパントを含んだシリコン膜であることを特徴とする。

これにより、シリコン膜に含まれているドーパントを、シリコン熱酸化膜形成工程で基板を加熱した際に、トレンチ区画内の基板の所定領域内に拡散させることができ、電極となる部分の導電性を周囲の基板よりも高くすることができる。なお、ドーパントの熱拡散は、シリコン熱酸化膜形成工程で熱拡散させる他、別途熱拡散の工程を設けるようにしてもよい。

第１６の発明に係る微小構造体の製造方法は、表面に電極が形成された微小構造体素子基板を用意する工程と、
請求項９乃至１５のいずれか一項に記載された貫通電極の製造方法により製造された貫通電極を、前記微小構造体素子基板の前記電極に接合する工程と、
前記貫通電極の前記微小構造体素子基板と対向していない面を研磨して薄板化し、前記貫通電極の前記シリコン熱酸化膜を露出させる工程と、を含むことを特徴とする。

これにより、シリコン熱酸化膜で確実に周囲と絶縁された貫通電極を用いて、気密性高く構成された微小構造体が、適切に外部との電気的接続を行うことができ、構造体の変化を確実に電気的信号に反映させることができる信頼性の高い微小構造体を製造することができる。

本発明によれば、貫通電極の気密性を高めることができる。

実施例１に係る貫通電極６０の断面構成の一例を示した図である。 実施例１に係る貫通電極６０の薄板化前の断面構成の一例を示した図である。 貫通電極の電極部の平面構成の例を示した図である。図３（Ａ）は、四角形状の電極部１２を有する貫通電極６１の平面構成の一例を示した図である。図３（Ｂ）は、円形状の電極部１３を有する貫通電極６２の平面構成の一例を示した図である。 実施例１に係る微小構造体９０の断面構成の一例を示した図である。 トレンチ２０及び貫通トレンチ２１内の内部応力の説明図である。図５（Ａ）は、キャップ基板１０上にシリコン膜４０が形成された状態を示した図である。図５（Ｂ）は、シリコン膜４０がキャップ基板１０に作用する応力を示した図である。図５（Ｃ）は、キャップ基板１０上にシリコン熱酸化膜５０が形成された状態を示した図である。図５（Ｄ）は、シリコン熱酸化膜５０がキャップ基板１０に作用する応力の一例を示した図である。 実施例１の貫通電極６０のトレンチ２０内の内部応力例を示した図である。 実施例１の貫通電極６０の製造方法のトレンチ形成工程を示した図である。 実施例１の貫通電極６０の製造方法のシリコン膜形成工程を示した図である。 実施例１の貫通電極６０の製造方法のシリコン熱酸化膜形成工程を示した図である。 実施例１の貫通電極６０の製造方法の酸化膜パターニング工程を示した図である。 実施例１の貫通電極６０の製造方法の接合・研磨工程の一例を示した図である。 実施例１の微小構造体の製造方法の配線形成工程の一例を示した図である。 実施例２に係る貫通電極６３の貫通トレンチ２１内の断面構成例を示した拡大図である。 実施例２に係る貫通電極６３のトレンチ２０内の断面構成例を示した図である。 実施例２に係る貫通電極６３の平面構成の一例を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法のトレンチ形成工程を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法の基板熱酸化膜形成工程を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法のシリコン膜形成工程を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法のシリコン熱酸化膜形成工程を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法の酸化膜パターニング工程を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法の接合・研磨工程を示した図である。 実施例２の貫通電極６３の製造方法の配線形成工程を示した図である。 実施例３に係る貫通電極６５の断面構成の一例を示した図である。 実施例４に係る貫通電極６６のトレンチ２０の断面構成を示した拡大図である。 実施例４に係る貫通電極６６のトレンチ２０内の内部応力を示した図である。 実施例５に係る貫通電極６７のトレンチ２０の断面構成を示した拡大図である。 実施例６に係る貫通電極６８のトレンチ２０の断面構成を示した拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。

図１は、本発明の実施例１に係る貫通電極６０の断面構成の一例を示した図である。図１において、実施例１に係る貫通電極６０は、キャップ基板１０と、貫通トレンチ２１と、シリコン膜４０と、シリコン熱酸化膜５０とを有する。キャップ基板１０は、電極部１１と、ザグリ１５とを有する。

貫通電極６０は、導電性を有するキャップ基板１０の所定領域が貫通トレンチ２１で囲まれて区画されている。貫通トレンチ２１の内部には、シリコン膜４０と、絶縁膜であるシリコン熱酸化膜５０が充填され、区画した所定領域を周囲のキャップ基板１０から絶縁した構成となっている。そして、区画された所定領域が電極部１１となり、キャップ基板１０の一方の面と他方の面を鉛直方向に貫通する貫通電極６０を構成している。

キャップ基板１０は、導電性を有する基板であり、例えば、半導体基板が用いられる。半導体基板は、ドーパントを注入し、高濃度拡散層として構成することにより、導電性を高めることができ、貫通電極６０用の基板として利用することができる。半導体基板は、用途に応じて種々の半導体材料から構成される基板を用いてよいが、例えば、シリコン基板を用いてもよい。

キャップ基板１０は、所定領域を有する電極部１１を有する。電極部１１が、通電を行う電流経路となる部分であり、本実施例に係る貫通電極６０においては、キャップ基板１０の厚さ方向に電流が流れ、通電を行うことになる。つまり、電極部１１の表面と裏面との間で、導通が行われる構成となっている。

貫通トレンチ２１は、本実施例に係る貫通電極６０の電極部１１を区画するための貫通溝である。図１において、キャップ基板１０に貫通トレンチ２１が形成され、電極部１１が左右の領域から区画された状態が示されている。貫通トレンチ２１内には、絶縁膜であるシリコン熱酸化膜５０を含む膜が充填され、電極部１１を、周囲のキャップ基板１０から絶縁分離している。貫通トレンチ２１は、貫通電極６０を製造する製造工程の途中までは、キャップ基板１０を貫通していない溝状態の通常のトレンチとして構成されるが、最終段階でキャップ基板１０が切削・研磨されて薄板化され、最終的には貫通トレンチ２１として構成される。

貫通トレンチ２１の内部には、貫通トレンチ２１の側面に沿うようにシリコン膜４０が形成され、シリコン膜４０の上の貫通トレンチ２１の中央部に、シリコン熱酸化膜５０が形成されている。そして、外側のシリコン膜４０と内側のシリコン熱酸化膜５０とで、貫通トレンチ２１内を充填している。

シリコン膜４０は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜から構成される導電性を有する膜である。一方、シリコン熱酸化膜５０は、シリコン膜４０を熱酸化することにより形成される絶縁膜である。よって、シリコン膜４０のみで貫通トレンチ２１の内部が充填されていると、電極部１１が絶縁分離されていない状態であるが、シリコン膜４０を熱酸化してシリコン熱酸化膜とすることにより、絶縁膜を形成し、電極部１１の周囲との絶縁分離を行っている。

図２は、実施例１に係る貫通電極６０の薄板化される前の段階の断面構成の一例を示した図である。図２において、キャップ基板１０に、貫通していない溝状態のトレンチ２０が形成され、電極部１１が区画されている。トレンチ２０の内部には、シリコン膜４０及び絶縁膜のシリコン熱酸化膜５０が充填されているが、キャップ基板１０の底部１６で導通しているため、電極部１１は周囲と絶縁分離されていない状態である。ここで、キャップ基板１０の底部１６を、シリコン熱酸化膜５０の最深部よりも上方、つまりシリコン熱酸化膜５０が露出するようにキャップ基板１０の底部１６を研磨して除去することにより、図１に示すような、シリコン熱酸化膜５０で電極部１１が周囲と絶縁分離された貫通電極６０を構成することができる。例えば、図２においては、研磨ラインＰまで研磨することにより、キャップ基板１０の導通部分は消滅し、電極部１１が周囲から絶縁分離される。このような最終段階を経て、図１に示す構成の貫通電極６０となる。

図１に戻る。シリコン膜４０は、例えば、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ法）により、トレンチ２０内に堆積されて形成される。ＣＶＤにより形成されるシリコン膜４０は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜である。よって、シリコン熱酸化膜５０は、ポリシリコン熱酸化膜又はアモルファスシリコン熱酸化膜である。これらのシリコン熱酸化膜５０は、キャップ基板１０が半導体基板、特にシリコン基板で構成されている場合には、熱膨張係数がキャップ基板１０と同一又は近似しているので、キャップ基板１０の内部応力により発生する反りを低減することができる。

従来の貫通電極では、絶縁材料である樹脂等を充填する場合もあったが、樹脂をトレンチ２０に充填した後、加熱処理を行うと、熱膨張係数がキャップ基板１０と大きく異なるため、トレンチ２０内で内部応力が発生し、キャップ基板１０に反りを発生させてしまうという問題があった。

しかしながら、本実施例に係る貫通電極６０においては、キャップ基板１０の材料として用いられることが多いシリコンをトレンチ２０内に充填し、これからシリコン熱酸化膜を形成しているので、加熱後も内部応力が発生し難い構成となっている。

ザグリ１５は、貫通電極６０を、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の微小構造体の電極に接合して用いる場合に、微小構造体の構造体にキャップ基板１０が接触しないように、スペースを作るために形成された加工構造である。ザグリ１５は、用途に応じて、必要に応じて設けられてよい。

図３は、貫通電極の電極部の平面構成の例を示した図である。図３（Ａ）は、四角形状の電極部１２を有する貫通電極６１の平面構成の一例を示した図である。図３（Ａ）に示すように、キャップ基板１０の所定の四角形状の領域を貫通トレンチ２２で囲んで区画することにより、四角形状の電極部１２を有する貫通電極６１を構成することができる。

図３（Ｂ）は、円形状の電極部１３を有する貫通電極６２の平面構成の一例を示した図である。図３（Ｂ）において、貫通トレンチ２３は、キャップ基板１０の円形状の領域を囲んで区画し、周囲から絶縁分離して電極部１３としている。このように、貫通電極６２の電極部１３の形状は、円形であってもよい。

図３に示したように、本実施例に係る貫通電極６１、６２の電極部１２の平面形状は、用途に応じて種々の形状とすることができる。よって、以後の説明では、貫通電極６０の平面形状は特に限定せずに、種々の形状として構成し得るものとして説明する。

図４は、本発明の実施例１に係る微小構造体９０の断面構成の一例を示した図である。図４において、実施例１に係る微小構造体９０は、微小構造体素子７０と、貫通電極６０とを有する。また、微小構造体素子７０は、微小構造体素子基板７１と、構造体７２と、電極７３と、絶縁層７４と、封止領域７５とを有する。貫通電極６０は、キャップ基板１０と、電極部１１と、貫通トレンチ２１と、シリコン膜４０と、シリコン熱酸化膜５０とを有する他、裏面配線層８０を備える。

実施例１に係る微小構造体９０は、微小構造体素子７０の電極７３に、貫通電極６０の電極部１１が接合されて構成される。

微小構造体素子基板７１は、微小構造体７０の支持台となる基板であり、微小構造体素子基板７１上に、種々の部品が配置される。微小構造体素子基板７１は、種々の基板を用いてよいが、例えば半導体基板を用いるようにしてもよい。半導体基板を用いる場合、種々の半導体材料の基板を適用してよいが、例えば、シリコン基板を用いるようにしてもよい。

構造体７２は、微小構造体素子７０のセンサ（検出部）又はアクチュエータ（駆動部）を構成する部分である。図４においては、櫛形の形状を有する構造体７２の断面構成が示されているが、用途に応じて、種々の構造体７２を構成することができる。

電極７３は、構造体素子７０の外部との電気的接続を行う箇所である。構造体素子７０がセンサとして機能する場合には、構造体７２で検出した加速度や圧力といった物理量を、電気信号として外部に出力するので、出力端子として電極７３が少なくとも必要である。また、構造体素子７０がアクチュエータとして機能する場合には、構造体７２を駆動させるために電力の供給が必要であるので、入力端子として電極７３が少なくとも必要である。その他、種々の目的で構造体素子７０が外部と電気的接続を行うためには、電極７３が必要であるので、外部との電気的接続を行うために、電極７３が微小構造体素子基板７３上に設けられる。なお、図４には示されていないが、電極７３は、構造体７３と電気的に接続されている。

絶縁層７４は、電極７３と微小構造体素子基板７１との間の電気的接続を絶縁するための絶縁膜である。微小構造体素子基板７１は、単に微小構造体素子７０の支持台として機能するに過ぎず、通電を行う必要は無いので、電極７３を流れる電流が微少構造体素子基板７１に流れないように、電極７３と微小構造体素子基板７１との間を絶縁している。

封止空間７５は、貫通電極６０と微小構造体素子基板７１との間に形成される密閉空間である。構造体７２は、真空環境下で動作させる必要がある場合も多く、その場合には、貫通電極６０と微小構造体素子基板７１との間の封止空間７５は、真空封止される。この場合、真空封止を保つことができないと、構造体７２の検出又は駆動の精度に影響を与えるため、封止空間７５の気密性を高めることは、微小構造体９０として極めて重要である。本実施例に係る微小構造体９０においては、貫通電極６０の気密性を高めることにより、高精度の検出又は駆動能力を有する微小構造体９０を実現することができる。

貫通電極６０の構成は、図１乃至図３において説明した通りであり、貫通電極６０の電極部１１が、微小構造体素子７０の電極７３と接合されることにより、微小構造体素子７０の電極７３を外部に引き出した構成となっている。貫通電極６０の外側表面には、裏面配線８０が形成され、露出した電極部１１と接続されて所望の位置で構造体素子７０に電気信号の入出力を行えるように構成されている。

なお、図４において、貫通電極６０は、図１と上下が逆転して用いられている。貫通電極６０の配置の仕方は、表面の絶縁膜の保護の必要性と形成の容易さとを考慮し、用途に応じた用い方をしてよい。

このように、実施例１に係る微小構造体９０は、実施例１に係る貫通電極６０を用いることにより、封止空間の気密性を向上させ、高精度の検出又駆動を実現することができる。

図５は、トレンチ２０及び貫通トレンチ２１内の内部応力について説明するための図である。

図５（Ａ）は、キャップ基板１０上にシリコン膜４０が形成された状態の一例を示した図である。シリコン膜４０は、キャップ基板１０の表面上に、ＣＶＤにより堆積形成される。

図５（Ｂ）は、ＣＶＤで形成されたシリコン膜４０がキャップ基板１０に作用する応力の一例を示した図である。図５（Ｂ）に示すように、キャップ基板１０上に堆積したシリコン膜４０は、収縮する性質を有し、キャップ基板１０を内側（上側）から引っ張り、伸長させる方向に応力が作用する。よって、シリコン膜４０の形成により、キャップ基板１０には、引張応力が発生することになる。

図５（Ｃ）は、キャップ基板１０上にシリコン熱酸化膜５０が形成された状態の一例を示した図である。シリコン熱酸化膜５０は、例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）に示した、キャップ基板１０上にシリコン膜４０が形成された状態において、キャップ基板１０を加熱すると、シリコン膜４０が熱酸化して図５（Ｃ）に示すような状態となる。

図５（Ｄ）は、シリコン膜４０の熱酸化で形成されたシリコン熱酸化膜５０がキャップ基板１０に作用する応力の一例を示した図である。熱酸化においては、シリコン膜４０が酸素を取り込むので、シリコン分子の間に酸素が入り込む形となり、シリコン熱酸化膜５０は、伸長する性質を有する。よって、図５（Ｄ）に示すように、シリコン熱酸化膜５０は、キャップ基板１０を収縮させる方向に力が作用し、圧縮応力が発生することになる。

このように、キャップ基板１０上に形成されたシリコン膜４０は、キャップ基板１０に引張応力を発生させ、キャップ基板１０上に形成されたシリコン熱酸化膜５０は、キャップ基板１０に圧縮応力を発生させ、両者は逆の向きの応力を発生させる関係にある。

図６は、実施例１に係る貫通電極６０のトレンチ２０内の内部応力の一例を模式的に示した図である。図５において説明したように、シリコン膜４０は圧縮応力を発生させ、シリコン熱酸化膜５０は引張応力を発生させるので、トレンチ２０内の内部応力は、図６に示す矢印のようになる。つまり、シリコン膜４０は、深さ方向に両側から圧縮応力を発生させ、シリコン熱酸化膜５０は、同様に深さ方向に中央で引張応力を発生させる。よって、内部応力は、隣接するシリコン膜４０とシリコン熱酸化膜５０とで相殺され、キャップ基板１０に与える内部応力を極めて小さいものとすることができる。

このように、実施例１に係る貫通電極６０は、シリコン膜４０とシリコン熱酸化膜５０とで発生する内部応力を相殺させ、キャップ基板１０に発生する反りを低減し、外部からの応力耐性の高い貫通電極６０とすることができる。

なお、図１乃至図６においては、キャップ基板１０に発生する内部応力低減の観点から、トレンチ２０及び貫通トレンチ２１の内部が、シリコン膜４０とシリコン熱酸化膜５０の双方を有する構成の例を挙げて説明したが、応力低減よりも、絶縁の確実性を重視したい場合には、トレンチ２０及び貫通トレンチ２１の内部を、総てシリコン熱酸化膜５０で充填するようにしてもよい。あまり内部応力が問題とならない場合には、ＣＶＤでトレンチ２０内に形成したシリコン膜４０を、総て熱酸化してしまい、確実に絶縁性を確保できる構成の貫通電極６０として構成することもできる。

次に、図７Ａ乃至図７Ｆを用いて、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法について説明する。図７乃至図７Ｆは、実施例１に係る貫通電極６０の一連の製造工程の一例を示した図である。

図７Ａは、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法のトレンチ形成工程の一例を示した図である。トレンチ形成工程においては、キャップ基板１０の所定領域を囲むように、トレンチ２０が形成される。トレンチ２０で囲まれた領域が、電極部１１となる。

トレンチ２０の形成は、種々の方法により行われてよいが、例えば、マスクを用いたドライエッチングにより行われてもよい。

トレンチ２０の形状は、図７Ａに示すように、深さが深くなるにつれて溝幅が狭くなるような側面のテーパ形状に形成されてもよい。開口部の開口幅を大きくすることにより、後の化学気相成長工程によりシリコン膜を形成する際に、入口を塞ぐおそれを低減させることができる。

しかしながら、トレンチ２０の形状は、図７Ａに示すテーパ形状に限定されるものではなく、用途に応じて適宜形状を変更することができる。例えば、トレンチ２０は、テーパを有せず、鉛直方向に深掘りされた側面を有する形状であってもよいし、図７Ａとは逆に深くなるにつれて溝幅が広くなるような側面を有する形状であってもよい。また、曲面の側面を有する形状であってもよい。

図７Ｂは、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法のシリコン膜形成工程の一例を示した図である。シリコン膜形成工程においては、化学気相成長法により、トレンチ２０の内部に、トレンチ２０を完全に充填しない膜厚でシリコン膜４０が形成される。ＣＶＤにより形成されるシリコン膜４０は、トレンチ２０の両側面と底面から成長するので、トレンチ２０の中央部分が、空間として残るようにシリコン膜４０が形成される。このように、トレンチ２０を完全に充填せずに、空間を残してシリコン膜４０を形成することにより、最終的に熱酸化でシリコン熱酸化膜５０を形成してトレンチ２０を充填することが可能となる。ＣＶＤにより形成される膜は、トレンチ２０を充填しても、膜界面にボイドが発生し易く、気密性に問題が残る場合が多い。一方、熱酸化膜は、ボイド等が発生し難い緻密な膜が形成される場合が多い。よって、最終的なトレンチ２０の充填を熱酸化で行うことにより、トレンチ２０内の気密性を高めることができる。

シリコン膜４０には、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜が用いられてよい。これらの膜は、ＣＶＤで形成することが可能であるとともに、熱酸化膜の成長を短時間で行うことができる材質であるので、貫通電極６０の製造時間を短縮することができる。

ここで、図７Ｂに示した図は、化学気相成長法によりシリコン膜４０を堆積した後に、エッチバックによりキャップ基板１０上のシリコン膜４０が薄膜状になるまで除去した状態が示されている。ＣＶＤでシリコン膜４０を形成した際には、シリコン膜４０は、トレンチ２０の内部だけでなく、キャップ基板１０の表面にも、トレンチ２０の内部と同程度の膜厚で堆積される。しかしながら、キャップ基板１０の表面に厚く堆積したシリコン膜４０は不要であるので、エッチバックにより除去され、キャップ基板１０の表面を薄く被覆する程度にまでエッチングしてよい。

なお、図７Ｂにおいては、キャップ基板１０の表面に、薄くシリコン膜４０を残した状態が示されているが、キャップ基板１０の表面は、総てシリコン膜４０を除去し、キャップ基板１０を露出させるようにしてもよい。

図７Ｃは、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法のシリコン熱酸化膜形成工程の一例を示した図である。シリコン熱酸化膜形成工程においては、トレンチ２０内にシリコン膜４０が形成されたキャップ基板１０を加熱してシリコン膜４０の一部又は全部を熱酸化し、シリコン熱酸化膜５０をトレンチ２０内に形成してトレンチ２０の内部を充填する。

これにより、トレンチ２０の内部が完全に充填されるとともに、電極部１１を周囲から絶縁分離する絶縁膜が形成される。上述のように、シリコン熱酸化膜５０は、絶縁膜であるとともに、ＣＶＤで形成されたシリコン膜４０よりも、遙かにボイドが発生し難く気密性の高い膜である。よって、トレンチ２０内部の鉛直方法の気密性が高められる。

なお、トレンチ２０の内部のシリコン熱酸化膜５０は、シリコン膜４０の一部に形成してもよいし、全部に形成してもよい。但し、トレンチ２０内の内部応力を緩和する観点からは、シリコン膜４０の一部を残し、シリコン膜４０の一部をシリコン熱酸化膜５０に変化させることが好ましい。

また、シリコン熱酸化膜形成工程においては、キャップ基板１０の表面に存在するシリコン膜４０も熱酸化され、キャップ基板１０の表面もシリコン熱酸化膜５０で覆われる。これにより、一旦、電極部１１も含めてキャップ基板１０の表面が絶縁膜で覆われることになる。なお、図７Ｂのシリコン膜形成工程において、エッチバックを行う際、キャップ基板１０の表面を露出させてもよいことを述べたが、キャップ基板１０の表面が露出している場合には、本工程において、キャップ基板１０の表面に、やはりキャップ基板１０の熱酸化による酸化膜が形成されることになる。よって、キャップ基板１０の表面は、シリコン膜４０の有無に関係無く、一旦酸化膜で被覆されることになる。

図７Dは、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法の酸化膜パターニング工程の一例を示した図である。酸化膜パターニング工程においては、キャップ基板１０の表面に形成された熱酸化膜を所望のパターンとなるように除去する。これにより、電極部１１として用いたい部分の表面を露出させるとともに、電極部１１として用いない部分は熱酸化膜で表面を覆って保護することができる。なお、除去される熱酸化膜は、シリコン熱酸化膜５０であってもよいし、キャップ基板１０自体の熱酸化により表面に形成された熱酸化膜であってもよい。

また、酸化膜パターニング工程においては、微小構造体素子７０とキャップ基板１０との間に隙間を設けるために、必要に応じてザグリ１５が形成されてもよい。

図７Eは、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法の接合・研磨工程の一例を示した図である。接合・研磨工程においては、キャップ基板１０の電極部１１が、微小構造体素子７０の電極７３と接合されるとともに、キャップ基板１０の裏面研磨が行われる。

キャップ基板１０の電極部１１と微小構造体素子７０の電極７３との接合は、電極１１、７３同士が通電可能な種々の接合方法により行われてよい。例えば、表面活性化接合、プラズマ活性化接合、共晶接合等の通電可能な接合方法が用途に応じて適宜選択されてよい。

キャップ基板１０の裏面研磨も、種々の方法により行われてよいが、例えば、グラインダのような切削手段を用いて、裏面を研磨して底面部１６を切削除去することにより行われてよい。また、裏面研磨は、キャップ基板１０が微小構造体素子７０に接合された後に行われてもよいし、接合前に行われてもよいが、微小構造体９０は、非常に薄い加工物であるので、取り扱いを容易にするために、接合後に裏面研磨を行うようにしてもよい。

なお、本工程で、貫通電極６０は完成したことになる。

図７Fは、実施例１に係る微小構造体の製造方法の配線形成工程の一例を示した図である。配線形成工程においては、貫通電極６０の電極部１１に接続される配線を形成し、貫通電極６０を用いた微小構造体素子７０への電気信号の入出力を容易な構成とする。

実施例１に係る貫通電極６０及び微小構造体９０の製造方法によれば、トレンチ２０内を、シリコン膜４０で途中まで充填し、これを熱酸化して最終的には気密性の高いシリコン熱酸化膜５０でトレンチ２０内を充填するので、気密性の高い貫通電極６０及び微小構造体９０を製造することが可能となる。

図８は、本発明の実施例２に係る貫通電極６３の貫通トレンチ２１内部の断面構成の一例を示した拡大図である。図８において、実施例２に係る貫通電極６３は、キャップ基板１０と、貫通トレンチ２１と、シリコン膜４０と、シリコン熱酸化膜５０とを有する点では、実施例１に係る貫通電極６０と同様である。なお、実施例２に係る貫通電極６３において、実施例１に係る貫通電極６０と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略するものとする。

実施例２に係る貫通電極６３においては、貫通トレンチ２１の側面に、基板熱酸化膜３０が形成されており、その上にシリコン膜４０及びシリコン熱酸化膜５０が形成されている点で、実施例１に係る貫通電極６０と異なっている。

基板熱酸化膜３０は、キャップ基板１０を加熱することによりキャップ基板１０の表面に形成される熱酸化膜である。よって、例えば、キャップ基板１０がシリコン基板の場合には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）が基板熱酸化膜３０となる。実施例２に係る貫通電極６３においては、トレンチ２０の形成後にキャップ基板１０が加熱処理されて基板熱酸化膜３０が形成され、その後にＣＶＤによるシリコン膜４０が形成され、次いでシリコン熱酸化膜５０が形成されることになる。

図９は、実施例２に係る貫通電極６３の研磨前のトレンチ２０内の断面構成の一例を示した図である。図９において、キャップ基板１０にトレンチ２０が形成され、トレンチ２０内に基板熱酸化膜３０と、シリコン膜４０と、シリコン熱酸化膜５０が順次トレンチ２０の溝表面から形成されている。実施例２に係る貫通電極６３においては、絶縁膜は、トレンチ２０内の中央のシリコン熱酸化膜５０だけではなく、トレンチ２０の側面及び底面に沿った基板熱酸化膜３０の２層となっている。よって、電極部１１の周囲からの絶縁性は、確実に担保される構成となる。

例えば、図９においては、研磨ラインＰは、実施例１と同様に、シリコン熱酸化膜５０の最深部より上方であり、シリコン熱酸化膜５０が確実に露出する構成となる。しかしながら、例えば、研磨ラインＰ１で研磨が終了してしまった場合には、シリコン熱酸化膜５０は露出しない構成となる。このような場合であっても、もう一方の絶縁膜である基板熱酸化膜３０が露出するので、電極部１１を周囲のキャップ基板１０から絶縁分離することができる。つまり、何らかの原因で、シリコン熱酸化膜５０が十分トレンチ２０の深部にまで形成されなかったり、研磨ラインＰが浅すぎて研磨ラインＰ１のようになったりし、キャップ基板１０の底面部１６を除去してもシリコン熱酸化膜５０が露出されなかった場合であっても、トレンチ２０の溝表面に沿って形成されている基板熱酸化膜３０により、確実に電極部１１を周囲から絶縁分離することができる。

図１０は、実施例２に係る貫通電極６３の平面構成の一例を示した図である。実施例２に係る貫通電極６３は、実施例１に係る貫通電極６０と同様に、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したような、四角形状や円形状の平面構成の貫通電極６１、６２として構成できる他、図１０に示すようなステッチ形状の平面構成を有する貫通電極６４として構成することもできる。

図１０において、小さい複数の円形のトレンチ２４が、所定間隔を置いて、円形状にキャップ基板１０に配置されている。複数の円形のトレンチ２４は、連続的な線を構成して電極部１４を周囲から区画している訳ではないが、トレンチ２４間を絶縁化することにより、周囲から絶縁分離することができる。よって、図１０の形状においては、まず、トレンチ２４を熱酸化し、トレンチ２４の表面から基板熱酸化膜３０を形成する。次いで、熱酸化を継続し、トレンチ２４の表面に形成された基板熱酸化膜３０を、隣接するトレンチ２４の間にまで延長して形成し、キャップ基板１０を全体として円形に絶縁化する。そして、絶縁化したキャップ基板１０と貫通トレンチ２４の組み合わせで電極部１４を周囲から絶縁分離する。このように、実施例２に係る貫通電極６３によれば、必ずしもトレンチ２４のみで電極部１４を区画しなくてもよく、トレンチ２４と絶縁化されたキャップ基板１０の組み合わせで電極部１４を構成することもできる。

図１０に係る貫通電極６４の構成によれば、ステッチ形状とすることで、電極部１４とキャップ基板１０との物理的な接続を強固に保ちつつ、電気的には電極部１４を周囲のキャップ基板１０から絶縁分離することができる。

次に、図１１Ａ乃至図１１Ｇを用いて、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法について説明する。図１１Ａ乃至図１１Ｇは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法の一連の工程を示した図である。

図１１Ａは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法のトレンチ形成工程の一例を示した図である。トレンチ形成工程においては、キャップ基板１０にトレンチ２０が形成されるが、その詳細な内容は、実施例１の図７Ａと同様であるので、その説明を省略する。

図１１Ｂは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法の基板熱酸化膜形成工程の一例を示した図である。基板熱酸化膜形成工程においては、キャップ基板１０を酸素雰囲気下で加熱処理することにより、トレンチ２０が形成されたキャップ基板１０の表面全体に基板熱酸化膜３０を形成し、トレンチ２０の溝表面及びキャップ基板１０の表面を絶縁膜で被覆する。これにより、トレンチ２０の内部表面に沿って薄い絶縁膜が形成されることになる。

なお、基板熱酸化膜形成工程を非常に長時間行うことにより、理論的にはトレンチ２０を基板熱酸化膜３０で充填することは可能である。しかし、基板熱酸化膜３０は、非常に成長速度が遅く、ｎ倍の膜厚を得るのに、ｎの２乗倍の時間を要する。よって、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法においては、基板熱酸化膜３０の膜厚は、１．５μｍ以下に留めることが好ましい。

図１１Ｃは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法のシリコン膜形成工程の一例を示した図である。シリコン膜形成工程においては、基板熱酸化膜３０の上に、ＣＶＤにより、トレンチ２０が完全に充填されない膜厚でシリコン膜を形成する。シリコン膜形成工程の詳細な内容は、下地がキャップ基板１０ではなく、基板熱酸化膜３０であるという点以外は、実施例１の図７Ｂと同様である。よって、シリコン膜形成工程の具体的な内容については、その説明を省略する。

図１１Ｄは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法のシリコン熱酸化膜形成工程の一例を示した図である。シリコン熱酸化膜形成工程においては、基板熱酸化膜３０上に形成されたシリコン膜４０が熱酸化されてシリコン熱酸化膜５０が形成され、これによりトレンチ２０が完全に充填される。よって、トレンチ２０は、基板熱酸化膜３０、シリコン膜４０及びシリコン熱酸化膜５０で充填されることになる。なお、シリコン膜４０とシリコン熱酸化膜５０により発生する内部応力の関係は、実施例１において説明したのと同様の相殺効果をもたらし、キャップ基板１０の反りを低減する。一方、このような応力の相殺効果が不要である場合には、シリコン膜４０の総てをシリコン熱酸化膜５０としてもよいことも、実施例１と同様である。

シリコン熱酸化膜工程の詳細な内容は、実施例１の図７Ｃの内容と同様であるので、その説明を省略する。

図１１Ｅは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法の酸化膜パターニング工程の一例を示した図である。酸化膜パターニング工程においては、電極部１１の表面に形成されていた基板熱酸化膜３０及びシリコン熱酸化膜５０が除去される。また、必要に応じて、キャップ基板１０の表面にザグリ１５が形成される。酸化膜パターニング工程の詳細な内容は、除去する酸化膜に基板熱酸化膜３０も含まれる以外は、実施例１の図７Ｄの内容と同様であるので、その説明を省略する。

図１１Ｆは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法の接合・研磨工程の一例を示した図である。接合・研磨工程においては、貫通電極６３の電極部１１が構造体素子７０の電極７３に接合されるとともに、キャップ基板１０が裏面から研磨され、底面部１６が除去される。そして、基板熱酸化膜３０、シリコン膜４０及びシリコン熱酸化膜５０が表面に露出される。このとき、シリコン熱酸化膜５０が露出しない状態となっても、基板熱酸化膜３０が露出すれば、電極部１１の周囲との絶縁性は保たれることになる。この段階で、実施例２に係る貫通電極６３は完成する。

なお、接合・研磨工程の詳細な内容は、実施例１の図７Ｅの内容と同様であるので、その説明を省略する。

図１１Ｇは、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法の配線形成工程の一例を示した図である。配線形成工程においては、貫通電極６３の電極部１１の外部との電気的接続に必要な裏面配線８０が施されるが、その詳細な内容は、実施例１の図７Ｆの内容と同様であるので、その説明を省略する。

このように、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法においては、キャップ基板１０に形成されたトレンチ２０内の表面を被覆するように基板熱酸化膜３０を形成することにより、電極部１１の周囲との絶縁性をより確実にすることができる。また、図１０において説明したような、ステッチ形状の平面構成とすることも可能となり、貫通電極６３の機械的強度を高めることができる。

図１２は、本発明の実施例３に係る貫通電極６５の断面構成の一例を示した図である。図１２において、実施例３に係る貫通電極６５は、キャップ基板１０にトレンチ２０が形成されるとともに、トレンチ２０の内部にシリコン膜４０及びシリコン酸化膜５０が充填され、電極部１１を周囲から絶縁分離している点は、実施例１に係る貫通電極６０と同様である。なお、実施例３に係る貫通電極６５おいて、実施例１に係る貫通電極６０と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略するものとする。また、図１２においては、理解の容易のために、裏面研磨前の貫通電極６５を示しているが、キャップ基板１０の裏面から研磨ラインＰまで研磨し、底面部１６を除去した形状が貫通電極６５の完成形状である点は、実施例１及び実施例２と同様である。

実施例３に係る貫通電極６５は、トレンチ２０の周囲のキャップ基板１０に、高濃度拡散領域１７が形成されている点で、実施例１に係る貫通電極６０と異なっている。高濃度拡散領域１７は、キャップ基板１０のトレンチ２０から離れた領域よりも、ドーパントを多く含み、低抵抗に構成されている領域である。ドーパントは、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等の種々の不純物を用いることができる。

実施例３に係る貫通電極６５は、ＣＶＤにより形成するシリコン膜４０に、高濃度のドーパントを含ませておくことにより構成することができる。つまり、高濃度のドーパントを含むシリコン膜４０をＣＶＤでトレンチ２０の内部に堆積形成した後は、加熱処理によりシリコン熱酸化膜５０を形成するが、このときの加熱処理により、シリコン膜４０に含まれているドーパントがキャップ基板１０側に熱拡散する。これにより、キャップ基板１０のトレンチ２０に接近した領域に、高濃度拡散領域１７が形成されることになる。高濃度拡散領域１７は、キャップ基板１０の元々の材質よりも低抵抗となるので、貫通電極６５の電極部１１の導電性を高めることが可能となる。

このように、シリコン膜４０にドーパントを含ませることにより、電極部１１の導電性を高めるような貫通電極６５を構成することも可能である。この場合、ドーパントを、トレンチ２０からキャップ基板１０に熱拡散させる必要があるので、実施例２で説明したような基板熱酸化膜３０は設けない構成となる。

また、ドーパントは、トレンチ２０の溝表面に接触したシリコン膜４０からキャップ基板１０に拡散するので、トレンチ２０に接近すれにつれて導電性が高くなり、トレンチ２０から離れるにつれて導電性がキャップ基板１０の本来の導電性に近付くような構成となる。

なお、実施例３に係る貫通電極６５の製造方法は、ドーパントを含ませたシリコン膜４０をシリコン膜形成工程において形成する点以外は、実施例１の図７Ａ乃至図７Ｆに説明した製造方法と同様の製造方法を用いることができる。よって、実施例３に係る貫通電極６５の製造方法の詳細な説明は省略する。

このように、実施例３に係る貫通電極６５によれば、電極部１１の導電性をキャップ基板１０が本来有する導電性よりも高めることができ、より低抵抗で耐圧の高い貫通電極６５とすることができる。

図１３は、本発明の実施例４に係る貫通電極６６のトレンチ２０の断面構成の一例を示した拡大図である。実施例４に係る貫通電極６６は、キャップ基板１０にトレンチ２０が形成され、電極部１１を周囲から絶縁分離している点では、実施例１乃至実施例３に係る貫通電極６０、６３、６５と同様である。

実施例４に係る貫通電極６６は、トレンチ２０の内部に、２層のシリコン膜４１、４２と、２層のシリコン熱酸化膜５１、５２を各々含む点で、実施例１乃至実施例３に係る貫通電極６０、６３、６５と異なっている。このように、トレンチ２０内に、複数のシリコン膜４１、４２及びシリコン熱酸化膜５１、５２が形成された構成としてもよい。

また、実施例４に係る貫通電極６６において、トレンチ２０の溝表面から内側にかけて、シリコン膜４１、シリコン熱酸膜５１、シリコン膜４２、シリコン熱酸化膜５２というように、シリコン膜４１、４２とシリコン熱酸化膜５１、５２が溝幅方向に交互に形成された構成となっている。実施例１の図５及び図６において説明したように、ＣＶＤで形成されたシリコン膜４１、４２は圧縮応力を発生させ、熱酸化で形成されたシリコン熱酸化膜５１、５２は引張応力を発生させる。

図１４は、実施例４に係る貫通電極６６のトレンチ２０内に発生する内部応力を模式的に示した図である。図１４に示すように、トレンチ２０の深さ方向に発生する圧縮応力と引張応力が、順次隣接するシリコン膜４１とシリコン熱酸化膜５１、シリコン熱酸化膜５１とシリコン酸化膜４２、シリコン酸化膜４２とシリコン熱酸化膜５２とで互いに相殺している。また、各々のシリコン膜４１、４２及びシリコン熱酸化膜５１、５２は、１層当たりの膜厚が実施例１のシリコン膜４０及びシリコン熱酸化膜５０よりも薄くなっている。よって、シリコン膜４１、４２及びシリコン熱酸化膜５１、５２で発生する圧縮応力及び引張応力の１層当たりの大きさ自体を小さくすることができる。また、シリコン膜４１、４２及びシリコン熱酸化膜５１、５２が交互に配置されていることにより、よりきめ細かく応力の相殺を行うことができるので、内部応力の発生をより低減させることができる。

なお、実施例４に係る貫通電極６６の製造方法は、実施例１に係る貫通電極６０の製造方法において、図７Ｂで説明したシリコン膜形成工程と、図７Ｃにおいて説明したシリコン熱酸化膜形成工程を、複数回繰り返し、トレンチ２０を充填し終えてから、図７Ｄの酸化膜パターニング工程に移るようにすればよい。その際、シリコン膜形成工程で形成するシリコン膜４１、４２は、各々のシリコン膜４１、４２が実施例１のシリコン膜４０よりも薄くなるように形成するようにする。また、シリコン熱酸化膜形成工程においても、各々のシリコン熱酸化膜５１、５２の成長が、実施例１のシリコン熱酸化膜５０よりも薄くなるように工程を繰り返すようにすればよい。繰り返しの回数や、個々の膜厚は、目的とするプロセスに応じて、適宜適切な設定とすることができる。

その他の工程は、実施例１の図７Ａ乃至図７Ｆの内容と同様であるので、その説明を省略する。

このように、実施例４に係る貫通電極６６によれば、内部応力の発生を更に低減させ、キャップ基板１０の反りを防止することができる。

図１５は、本発明の実施例５に係る貫通電極６７のトレンチ２０の断面構成の一例を示した拡大図である。実施例５に係る貫通電極６７は、トレンチ２０の内部表面に基板熱酸化膜３０が形成されている点で、実施例４に係る貫通電極６６と異なっている。その他の構成要素は、実施例４に係る貫通電極６６と同様であるので、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

このように、トレンチ２０の溝表面に基板熱酸化膜３０を構成しつつ、更に複数の薄いシリコン膜４１、４２及びシリコン熱酸化膜５１、５２を交互にトレンチ２０の溝幅方向に形成するようにしてもよい。

これにより、絶縁性を確実に担保しつつトレンチ２０内部の内部応力を低減し、キャップ基板１０の反りを適切に防止することができる。

なお、実施例５に係る貫通電極６７の製造方法は、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法において、図１１Ｃのシリコン膜形成工程及び図１１Ｄのシリコン熱酸化膜形成工程を複数回繰り返すようにすればよい。この２つの工程は、実施例４において説明した内容と同様であり、また、他の工程は、実施例２に係る貫通電極６３の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。

実施例５に係る貫通電極６７によれば、確実な絶縁性、内部応力の低減及び気密性の向上を同時に実現することができる。

図１６は、本発明の実施例６に係る貫通電極６８のトレンチ２０の断面構成の一例を示した拡大図である。実施例６に係る貫通電極６８は、高濃度拡散層１７がキャップ基板１０のトレンチ２０に接近した領域に形成されている点で、実施例４に係る貫通電極６６と異なっている。その他の構成要素については、実施例４に係る貫通電極６６と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

実施例６に係る貫通電極６８においては、最も外側のシリコン膜４１にドーパントを含ませ、加熱処理を行う際に、キャップ基板１０にドーパントが熱拡散することにより構成される。なお、内側のシリコン膜４２には、ドーパントを含ませる必要は無い。

このように、トレンチ２０に接触するシリコン膜４１にドーパントを含ませつつ、薄いシリコン膜４１、４２及びシリコン熱酸化膜５１、５２を交互に形成するようにしてもよい。これにより、電極部１１の導電性を高めつつ、トレンチ２０内の内部応力を低減させ、キャップ基板１０の反りを防止することができる。

実施例６に係る貫通電極６８の製造方法は、実施例３に係る貫通電極６５の製造方法で説明した製造方法において、図７Ｂのシリコン膜形成工程と、図７Ｃのシリコン熱酸化膜形成工程を複数回繰り返すようにすればよい。その際、１回目のシリコン膜形成工程で形成するシリコン膜４１にはドーパントを含めるが、２回目以降のシリコン膜形成工程で形成するシリコン膜４２には、ドーパントを含めないようにする。シリコン熱酸化膜形成工程は、実施例４において説明した内容と同様であるので、その説明を省略する。また、他の工程についても、実施例３に係る貫通電極６５の製造方法と同様であるので、その説明を省略する。

実施例６に係る貫通電極６８によれば、電極部１１の導電性を高めつつ、トレンチ２０内の内部応力の発生を低減し、キャップ基板１０の反りの発生を防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明は、種々の電極に利用することができ、特に、ＭＥＭＳ等の微小構造体用の外部接続用の電極に好適に利用することができる。

１０ キャップ基板
１１、１２、１３、１４ 電極部
１５ ザグリ
１６ 底面部
１７ 高濃度拡散領域
２０、２４ トレンチ
２１、２２、２３ 貫通トレンチ
３０ 基板熱酸化膜
４０、４１、４２ シリコン膜
５０、５１、５２ シリコン熱酸化膜
６０〜６８ 貫通電極
７０ 構造体素子
７１ 構造体素子基板
７２ 構造体
７３ 電極
７４ 絶縁層
８０ 裏面配線
９０ 微小構造体

Claims (16)

1. 導電性を有する基板の所定領域を貫通トレンチで囲み、該貫通トレンチ内に絶縁膜を形成して周囲から絶縁分離した貫通電極において、
   前記絶縁膜は、前記貫通トレンチの側面から化学気相成長させたシリコン膜を熱酸化したシリコン熱酸化膜であることを特徴とする貫通電極。
2. 前記シリコン熱酸化膜は、前記シリコン膜の一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の貫通電極。
3. 前記シリコン膜と前記シリコン熱酸化膜とが、前記貫通トレンチの幅方向に交互に複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載の貫通電極。
4. 前記シリコン膜は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の貫通電極。
5. 前記貫通トレンチは、テーパ形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の貫通電極。
6. 前記絶縁膜は、前記貫通トレンチの側面に形成された酸化膜を更に含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の貫通電極。
7. 前記基板の前記所定領域内において、前記貫通トレンチに接近した領域の方が、前記貫通トレンチに離れた領域よりも高濃度のドーパントを含み、低抵抗であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の貫通電極。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の貫通電極と、
   表面に電極が形成された微小構造体素子基板とを有し、
   前記貫通電極と、前記微小構造体素子基板の前記電極が接合されたことを特徴とする微小構造体。
9. 導電性を有する基板の所定領域を周囲から絶縁分離し、前記基板の厚さ方向に通電を行う貫通電極の製造方法において、
   前記基板の前記所定領域を囲むようにトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
   前記トレンチの内部に、シリコン膜を化学気相成長により前記トレンチを充填しない膜厚で形成するシリコン膜形成工程と、
   前記基板を加熱し、前記シリコン膜にシリコン熱酸化膜を形成するシリコン熱酸化膜形成工程と、を含むことを特徴とする貫通電極の製造方法。
10. 前記シリコン熱酸化膜形成工程において、前記シリコン熱酸化膜は、前記シリコン膜の一部に形成することを特徴とする請求項９に記載の貫通電極の製造方法。
11. 前記シリコン膜形成工程と前記シリコン熱酸化膜形成工程を、複数回繰り返すことを特徴とする請求項９又は１０に記載の貫通電極の製造方法。
12. 前記シリコン膜は、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の貫通電極の製造方法。
13. 前記トレンチ形成工程において、前記トレンチを、深くなるにつれて溝幅が狭くなるテーパ形状に形成することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の貫通電極の製造方法。
14. 前記トレンチ形成工程と前記シリコン膜形成工程の間に、前記基板を加熱して前記トレンチの溝表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程を更に有することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の貫通電極の製造方法。
15. 前記シリコン膜は、ドーパントを含んだシリコン膜であることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の貫通電極の製造方法。
16. 表面に電極が形成された微小構造体素子基板を用意する工程と、
    請求項９乃至１５のいずれか一項に記載された貫通電極の製造方法により製造された貫通電極を、前記微小構造体素子基板の前記電極に接合する工程と、
    前記貫通電極の前記微小構造体素子基板と対向していない面を研磨して薄板化し、前記貫通電極の前記シリコン熱酸化膜を露出させる工程と、を含むことを特徴とする微小構造体の製造方法。

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